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标题 一种FC协议测试设备的设计与实现
范文

    徐玉杰 孟博 张楠

    

    

    

    摘要:随着FC网络的发展及大量部署,FC网络协议测试设备的需求大幅增加。传统的FC网络协议测试设备造价昂贵,可扩展性差。该文基于通用的FC网络节点,开发简单的软硬件适配组件,搭建一个FC协议测试设备,可满足FC网络设备的测试需求,适合大规模产品测试及协议测试,具有良好的可扩展性。

    关键词:FC协议测试;测试模式;发送测试;接收测试;性能测试;损伤测试

    中图分类号:TP336;V243? ? ? 文献标识码:A

    文章编号:1009-3044(2021)16-0043-03

    开放科学(资源服务)标识码(OSID):

    1 FC网络简介

    随着计算机技术、通信技术和网络构建技术的发展, 航空电子系统进一步向统一化、灵活化和便于融合的方向发展,对总线网络的数据传输要求也越来越高。光纤通道(Fiber Channel,简称FC)具有高带宽、低延迟、长距离传输、拓扑灵活、支持多种上层协议等优点[1],是一个为适应高性能数据传输要求而设计的通信协议。

    FC采用层次化的结构,共分为5层。定义了3种拓扑结构:点对点、交换式、仲裁环网络,既能方便地实现高速高效传输,同时也提供了极大的灵活性,特别是交换式网络的拓扑,为复杂设备的互连提供了一种很好的解决方案。

    2 FC协议测试设备现状

    随着FC网络的发展及大量应用部署,FC设备的测试需求大幅增加。在FC设备开发中,各种FC协议模拟、仿真,设备功能性能及互换性测试验证工作量巨大,且需要专业设备进行辅助。

    目前,大部分FC协议测试设备由JDSU等少数外国厂商垄断,国产设备应用非常少,因此开发出高性价比、适应各种FC测试需求的设备非常必要。针对市场上对FC设备的测试需求,本文设计的FC协议测试设备基于PCIE接口的FC节点机产品,配以适当的转接板,可灵活插入带有PCIE接口的工控机中,并以此为硬件平台。同时,开发一套上位机软件,实现FC设备发送测试、接收测试、损伤测試等功能,满足FC网络产品的功能性能及协议测试。此外,上位机软件可提供测试接口,供用户自行开发定制化、自动化测试软件,满足大规模生产交付需求。

    3 测试设备的硬件平台

    该设计中采用大规模FPGA进行自主开发实现FC协议,能有效满足FC测试的需求,且具有良好的升级扩展能力。根据使用需求,本测试设备开发的目标是研制一个FC双端口、通信速率软件可配置,支持线速4.25Gb/s及以下速率,可完成被测FC产品数据发送测试、接收测试、损伤测试等功能。为了降低开发成本,最大限度的利用现有的资源,本设计中硬件平台采用目前已大量使用的标准PCIE-FC电接口通信子卡,再适配一个转接板使其可工作在PCIE接口的工控机中,其中FC光电接口转换在实现转接板上实现。硬件平台如下:

    4 测试设备的详细设计

    4.1 测试模式设置

    该设计中FC协议测试设备具有四种测试模式,分别是点点测试、回环测试、直通测试、在线测试模式。连接示意图如图2所示。

    该测试设备支持以下四种速率:1.0625Gb/s、2.125Gb/s、4.25Gb/s、8.5Gb/s。两个端口的速率保持一致,任何一个端口选择一个速率,另一端口随之改变。

    其次,可设置发送及接收缓冲区大小,范围为0~4096MB-发送缓冲区。缓冲区空间大小一共为4096MB。即发送缓冲区与接收缓冲区合起来为4096MB。默认方式下收发各占2048MB,用户可调整两者所占用的空间。

    接收数据时可选择:捕满停止、捕满覆盖。“捕获停止”即当捕获数据装满接收缓冲区时,捕获自动停止;“捕满覆盖”即当捕捕获数据装满接收缓冲区时,从头开始覆盖原来的数据。

    4.2 发送测试

    在FC网络设备开发过程中,用户往往需要对该网络进行测试,模拟现实的FC数据注入网络中,用来检测网络设备是否能够正常工作。FC协议测试设备发送界面如图3所示。

    1)发送FC帧

    发送数据按四个队列分别进行设置,四个队列具有发送优先级,发送队列1 优先级最高,其他队列依次递减,发送队列4 优先级最低。

    每个发送队列中数据的发送方式有两种:循环、单次。选择循环方式,将循环发送该队列中的数据,优先级低于此队列中的数据将不会发送;选择单次方式,则将该队列的数据发送完后,开始发送下面一个队列中的数据。

    选择发送队列后,设置队列中的帧及原语。在“发送帧列表”中添加帧及原语。

    2)发送原语及延时

    除了在发送帧列表中加入帧外,用户还可以添加原语,设置其所带的参数及个数,将在发送帧列表中显示所加的原语名字。

    在发送列表中还可以加入时延,在编辑框中输入时延值,单位为微秒。时延项表示发送时,延时100μs 再发送下一个帧或原语。

    4.3 接收测试

    接收测试功能是指设备通过捕获FC链路中的数据并对数据进行分析,判断链路是否存在故障。为了更好地完成对FC链路的测试,该功能根据测试需要提供了三种测试方法,分别是数据、数据过滤及搜索转存。

    1)数据显示

    该功能可捕获数据链路上的全部数据,停止捕获后以列表形式显示捕获的帧及原语。在捕获数据显示列表中,选择某一项,列表下的两个区域分别显示帧的解码与原始数据。数据帧的解码为树形控件显示FC帧头的详细解码信息,如果FC-AE-ASM 高层协议帧,则在净荷中显示其解码信息,同时显示其对应的原始数据。

    2)数据过滤

    FC链路速率较高,因此捕获链路上的所有数据进行分析,工作量大,受存储空间限制,捕获的时间往往很短,因此该设备在接收测试中增加数据过滤功能。

    在接收数据前,设置过滤条件对接收的数据内容进行过滤,或者触发条件,当接收到特定的数据后开始将数据放入捕获数据空间中。

    过滤触发条件可设置为原语、帧定界符、帧内容及错误等四种的组合。

    3)搜索转存

    该子功能可实现对接收数据的按照帧类型、帧数据、原语、SOF、错误帧、触发帧等条件进行搜索转存,过滤与测试无关的数据。

    当选择帧数据搜索条件时,设置数据在帧中的偏移位置、数据内容及相应的掩码,当掩码为1 表示相应的数据有效,否则为不关心。如果设置了多个搜索条件,条件之间的关系为逻辑或,即其中一个条件满足即可。按照设置的搜索条件完成搜索后,用户可对全部或部分捕获数据进行转存。

    4.4 损伤测试

    损伤测试是指对接收到的FC帧数据或原语按照指定的规则进行修改后再发送出去,该功能用于模拟FC网络通讯过程中的损伤。该功能可设置帧修改、帧地址替换及原语替换三种损伤模式。

    当选择损伤测试为“帧修改”时,需要设置觸发修改的条件,该设备会过滤FC帧,满足触发条件时自动进行帧数据修改。帧修改功能可支持设置4个触发条件,当接收到内容符合的帧时,其对应的位置的帧数据就被修改为指定的数据。

    帧地址替换指当接收到源地址或目的地址为某个值的帧数据时触发替换,将接收帧的源地址或目的地址替换为指定的值,然后再发送出去。触发替换的地址有效位为对应掩码值为1的地址位。触发替换的有效原语位为对应掩码值为1的数据位。当点击“开始”按钮时,开始进行损伤测试。

    原语替换指当接收到某个原语时触发替换,将接收原语替换为指定的原语,然后再发送出去。

    5 结束语

    经过使用验证,本文介绍基于FC节点机硬件平台设计的FC协议测试设备实现了的FC协议测试功能,能够完成的协议符合性测试、受测设备发送接收测试、损伤测试等基本测试,达到了设计目标。该设计充分利用现有的硬件资源,极大地降低了测试设备开发的风险及成本,所开发的设备可广泛应用于各类FC网络设备的设计开发及测试验证,具有较广阔的应用前景。

    参考文献:

    [1] INCITS.T11/08-013v1.Fibre channel avionics environementanonymous subscriber messaging(ASM)/Ammendment 1[S].Washington:InterNational Committee for Information Technology Standards,2008.

    [2] 黄文南.FC协议测试卡的软件设计与实现[J].电子测量技术,2015,38(3):21-25.

    [3] 赵琳,李健.一种航电系统FC网络管理系统研究与设计[J].电脑知识与技术,2017,13(32):56-57,69.

    【通联编辑:代影】

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更新时间:2024/12/22 15:52:39